DE102014105462B4 - SEMICONDUCTOR POWER COMPONENT WITH A HEAT SINK AND METHOD OF MANUFACTURING - Google Patents
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Abstract
Halbleiterbauelement (300), das aufweist:einen Leiterrahmen (110) mit einer Montagefläche (112) und einer gegenüber der Montagefläche (112) angeordneten zweiten Seite (114);einen Metallblock (120) mit einer ersten Fläche (121), die dem Leiterrahmen (110) zugewandt ist, und einer zweiten Fläche (122), die von dem Leiterrahmen (110) fortweist, wobei der Metallblock (120) eine Dicke, zwischen den ersten (121) und zweiten (122) Flächen gemessen, von gleich oder größer als dem 1,5-fachen der Dicke des Leiterrahmens (110) hat und wobei ein Flächeninhalt der ersten Fläche (121) gleich oder größer als 4Tm · (Tm + Fc0,5) + Fc ist, wobei Tm die Dicke des Metallblocks (120) , zwischen den ersten (121) und zweiten (122) Flächen gemessen, ist und Fc ein Flächeninhalt einer ersten Fläche eines Halbleiterleistungschips (130) ist, welche mit der zweiten Fläche (122) des Metallblocks (120) verbunden ist;wobei der Halbleiterleistungschip (130) über der zweiten Fläche (122) des Metallblocks (120) angeordnet und elektrisch mit dem Metallblock (120) und dem Leiterrahmen (110) verbunden ist;einen Verkapselungskörper (310), der den Leiterrahmen (110), den Metallblock (120) und den Halbleiterleistungschip (130) einbettet, wobei die zweite Seite (114) des Leiterrahmens (110) unter dem Halbleiterleistungschip (120) an dem Verkapselungskörper (310) freiliegt; undeinen Kontaktclip (320) mit einer ersten Fläche (321), die mit einer zweiten Fläche des Halbleiterleistungschips (130) gegenüber der ersten Fläche des Halbleiterleistungschips (130) verbunden ist.A semiconductor device (300) comprising: a lead frame (110) having a mounting surface (112) and a second side (114) opposite the mounting surface (112); a metal block (120) having a first surface (121) facing the lead frame (110) and a second face (122) facing away from the leadframe (110), the metal block (120) having a thickness, measured between the first (121) and second (122) faces, equal to or greater than 1.5 times the thickness of the lead frame (110) and wherein an area of the first face (121) is equal to or greater than 4Tm (Tm + Fc0.5) + Fc, where Tm is the thickness of the metal block (120 ) , measured between the first (121) and second (122) faces, and Fc is an area of a first face of a semiconductor power die (130) bonded to the second face (122) of the metal block (120);wherein the semiconductor power die (130) arranged over the second surface (122) of the metal block (120). net and electrically connected to the metal block (120) and the leadframe (110);an encapsulation body (310) encapsulating the leadframe (110), the metal block (120) and the semiconductor power die (130), the second side (114 ) the lead frame (110) is exposed under the semiconductor power die (120) on the encapsulation body (310); anda contact clip (320) having a first face (321) connected to a second face of the semiconductor power die (130) opposite the first face of the semiconductor power die (130).
Description
Diese Erfindung betrifft die Technik des Verkapselns (Packaging) und insbesondere die Technik des Verkapselns (Packaging) eines Halbleiterleistungschips.This invention relates to the technique of packaging, and more particularly to the technique of encapsulating a semiconductor power chip.
Die Hersteller von Leistungshalbleiterbauelementen sind unablässig bestrebt, die Leistung ihrer Produkte zu steigern und gleichzeitig die Kosten ihrer Herstellung zu senken. Ein kostenintensiver Bereich bei der Herstellung von Leistungshalbleiterbauelementen ist das Verkapseln (Packaging) des Halbleiterleistungschips. Die Leistung eines Leistungshalbleiterbauelements ist von der Wärmedissipationsfähigkeit des Package abhängig. Es sind Packaging-Verfahren wünschenswert, die eine hohe thermische Robustheit bei niedrigen Kosten erbringen. Die
Eine der Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung kann darin gesehen werden, ein Halbleiterbauelement mit guten thermischen Eigenschaften zu schaffen. Ferner soll ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauelements angegeben werden.An object on which the invention is based can be seen in creating a semiconductor component with good thermal properties. Furthermore, a method for producing such a component is to be specified.
Die Aufgabenstellung wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The problem is solved by the features of the independent claims. Embodiments and developments are the subject of the dependent claims.
Gemäß einer Ausführungsform eines Halbleiterbauelements umfasst das Halbleiterbauelement einen elektrisch leitenden Träger mit einer Montagefläche, einem Metallblock und einem Halbleiterleistungschip. Der Metallblock hat eine erste Fläche, die dem Träger zugewandt ist, und eine zweite Fläche, die von dem elektrisch leitenden Träger fort weist. Der Halbleiterleistungschip ist über der zweiten Fläche des Metallblocks angeordnet.According to one embodiment of a semiconductor component, the semiconductor component comprises an electrically conductive carrier with a mounting surface, a metal block and a semiconductor power chip. The metal block has a first surface facing the carrier and a second surface facing away from the electrically conductive carrier. The semiconductor power chip is arranged over the second surface of the metal block.
Gemäß einer Ausführungsform eines Halbleiter-Package umfasst das Halbleiter-Package einen Leiterrahmen mit einer Dicke T1, einen Metallblock und einen Halbleiterleistungschip. Der Metallblock ist an dem Leiterrahmen montiert. Der Metallblock hat eine Dicke Tm, wobei Tm mindestens so groß ist wie 1,5-mal T1. Der Halbleiterleistungschip ist an dem Metallblock montiert.According to one embodiment of a semiconductor package, the semiconductor package comprises a lead frame with a thickness T1, a metal block and a semiconductor power chip. The metal block is mounted on the lead frame. The metal block has a thickness Tm, where Tm is at least 1.5 times T1. The semiconductor power chip is mounted on the metal block.
Gemäß einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen eines Halbleiterbauelements umfasst das Verfahren das Bonden eines Halbleiterleistungschips an einen Metallblock und das Bonden des Metallblocks an einen elektrisch leitenden Träger.According to one embodiment of a method for producing a semiconductor component, the method comprises the bonding of a semiconductor power chip to a metal block and the bonding of the metal block to an electrically conductive carrier.
Der Fachmann erkennt beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung und beim Betrachten der begleitenden Zeichnungen weitere Merkmale und Vorteile.Those skilled in the art will recognize additional features and advantages upon reading the following detailed description and viewing the accompanying drawings.
Die begleitenden Zeichnungen dienen dem Zweck, das Verständnis der Ausführungsformen zu erleichtern. Die Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung dem Erläutern der Prinzipien von Ausführungsformen. Weitere Ausführungsformen und viele der beabsichtigten Vorteile von Ausführungsformen werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung ohne Weiteres verständlich. Die Elemente der Zeichnungen sind relativ zueinander nicht unbedingt maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszahlen bezeichnen einander entsprechende oder ähnliche Teile.
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1 veranschaulicht schematisch eine Querschnittsansicht eines nicht erfindungsgemäßen Leistungshalbleiterbauelements. -
2 veranschaulicht schematisch eine Draufsicht eines nicht erfindungsgemäßen Leistungshalbleiterbauelements. -
3 veranschaulicht schematisch eine Querschnittsansicht eines beispielhaften Leistungshalbleiterbauelements entlang der Linie A-A in5 , wobei des Weiteren die stationäre Wärmeleistungsdissipation veranschaulicht ist. -
4 veranschaulicht schematisch eine Querschnittsansicht eines beispielhaften Leistungshalbleiterbauelements entlang der Linie A-A in5 , wobei des Weiteren die dynamische Wärmeleistungsdissipation veranschaulicht ist. -
5 veranschaulicht schematisch eine Draufsicht eines beispielhaften Leistungshalbleiterbauelements. -
6 veranschaulicht ein grundlegendes Schaltbild eines Halbbrücken-Leistungshalbleiterbauelements. -
7A-7G veranschaulichen schematisch Querschnittsansichten eines beispielhaften Prozesses eines Verfahrens zum Verkapseln eines Halbleiterleistungschips.
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1 schematically illustrates a cross-sectional view of a power semiconductor component not according to the invention. -
2 schematically illustrates a top view of a power semiconductor component not according to the invention. -
3 FIG. 11 schematically illustrates a cross-sectional view of an exemplary power semiconductor device along line AA in FIG5 , wherein the stationary thermal power dissipation is further illustrated. -
4th FIG. 11 schematically illustrates a cross-sectional view of an exemplary power semiconductor device along line AA in FIG5 , further illustrating the dynamic thermal power dissipation. -
5 schematically illustrates a top view of an exemplary power semiconductor device. -
6th Figure 3 illustrates a basic circuit diagram of a half-bridge power semiconductor device. -
7A-7G schematically illustrate cross-sectional views of an exemplary process of a method for encapsulating a semiconductor power chip.
In der folgenden Beschreibung wird auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, in denen zur Veranschaulichung konkrete Ausführungsformen gezeigt sind, wie die Erfindung praktiziert werden kann. In diesem Zusammenhang werden Richtungsbegriffe, wie zum Beispiel „oben“, „unten“, „vorn“, „hinten“, „oberer“, „unterer“ usw., mit Bezug auf die Ausrichtung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Weil Komponenten von Ausführungsformen in einer Reihe unterschiedlicher Ausrichtungen positioniert sein können, dienen die Richtungsbegriffe lediglich der Veranschaulichung und sind in keiner Weise einschränkend. Es versteht sich, dass auch andere Ausführungsformen verwendet werden können und dass strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Konzept der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende detaillierte Beschreibung soll darum nicht in einem einschränkenden Sinn verstanden werden.In the following description, reference is made to the accompanying drawings, in which there is shown by way of illustration specific embodiments of how the invention may be practiced. In this context, directional terms such as “up”, “down”, “front”, “back”, “upper”, “lower” etc. are used Used with reference to the orientation of the figure (s) described. Because components of embodiments can be positioned in a number of different orientations, the directional terms are used for purposes of illustration only and are in no way limiting. It goes without saying that other embodiments can also be used and that structural or logical changes can be made without departing from the concept of the present invention. The following detailed description is therefore not to be understood in a restrictive sense.
Es versteht sich, dass die Merkmale der im vorliegenden Text beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist.It goes without saying that the features of the various exemplary embodiments described in the present text can be combined with one another, unless expressly stated otherwise.
Im Sinne dieser Spezifikation meinen die Begriffe „gekoppelt“ und/oder „verbunden“ nicht generell, dass Elemente direkt miteinander gekoppelt oder verbunden sein müssen. Es können Zwischenelemente zwischen den „gekoppelten“ oder „verbundenen“ Elementen angeordnet sein. Ohne auf diese Bedeutung beschränkt zu sein, können die Begriffe „gekoppelt“ und/oder „verbunden“ aber auch in dem Sinne verstanden werden, dass sie optional eine Ausführung offenbaren, in welcher die Elemente direkt miteinander gekoppelt oder verbunden sind, ohne dass Zwischenelemente zwischen den „gekoppelten“ oder „verbundenen“ Elementen vorhanden sind.For the purposes of this specification, the terms “coupled” and / or “connected” do not generally mean that elements must be directly coupled or connected to one another. There may be intermediate elements between the "coupled" or "connected" elements. Without being limited to this meaning, the terms “coupled” and / or “connected” can also be understood in the sense that they optionally disclose an embodiment in which the elements are directly coupled or connected to one another without any intermediate elements between the "coupled" or "connected" elements are present.
Im vorliegenden Text werden Bauelemente beschrieben, die einen Halbleiterleistungschip enthalten. Insbesondere können ein oder mehrere Halbleiterleistungschips mit einer vertikalen Struktur involviert sein; das heißt, dass die Halbleiterleistungschips so hergestellt werden können, dass elektrische Ströme in einer Richtung senkrecht zu den Hauptflächen der Halbleiterleistungschips fließen können. Ein Halbleiterleistungschip mit einer vertikalen Struktur hat Elektroden auf seinen zwei Hauptflächen, das heißt auf seiner Oberseite und seiner Unterseite. In verschiedenen anderen Ausführungsformen können Halbleiterleistungschips mit einer horizontalen Struktur involviert sein. Ein Halbleiterleistungschip mit einer horizontalen Struktur hat Elektroden nur auf einer einzigen Fläche, das heißt auf seiner Oberseite.In the present text, components are described that contain a semiconductor power chip. In particular, one or more semiconductor power chips with a vertical structure can be involved; that is, the semiconductor power chips can be manufactured so that electric currents can flow in a direction perpendicular to the main surfaces of the semiconductor power chips. A semiconductor power chip with a vertical structure has electrodes on its two main surfaces, that is, on its upper side and its lower side. In various other embodiments, semiconductor power chips with a horizontal structure may be involved. A semiconductor power chip with a horizontal structure has electrodes only on a single surface, that is, on its upper side.
Der Halbleiterleistungschip kann aus speziellem Halbleitermaterial hergestellt werden, wie zum Beispiel Si, SiC, SiGe, GaAs, GaN, AlGaN, InGaAs, InAlAs usw., und kann des Weiteren anorganische und/oder organische Materialien enthalten, die keine Halbleiter sind. Die Halbleiterleistungschips können von unterschiedlicher Art sein und können durch unterschiedliche Technologien hergestellt werden.The semiconductor power chip can be made of special semiconductor material, such as Si, SiC, SiGe, GaAs, GaN, AlGaN, InGaAs, InAlAs, etc., and can further contain inorganic and / or organic materials that are not semiconductors. The semiconductor power chips can be of different types and can be manufactured by different technologies.
Des Weiteren können die im vorliegenden Text beschriebenen elektronischen Bauelemente optional einen oder mehrere integrierte Logikschaltkreise zum Steuern des Halbleiterleistungschips enthalten. Der integrierte Logikschaltkreis kann einen oder mehrere Ansteuerkreise zum Ansteuern des Halbleiterleistungschips enthalten. Der integrierte Logikschaltkreis kann zum Beispiel ein Mikrocontroller sein, der zum Beispiel Speicherschaltkreise, Pegelschieber usw. enthält.Furthermore, the electronic components described in the present text can optionally contain one or more integrated logic circuits for controlling the semiconductor power chip. The integrated logic circuit can contain one or more control circuits for controlling the semiconductor power chip. The integrated logic circuit can be, for example, a microcontroller which contains, for example, memory circuits, level shifters, etc.
Der Halbleiterleistungschip kann Elektroden (Chipinseln) haben, die die Herstellung eines elektrischen Kontakts mit den integrierten Schaltkreisen ermöglichen, die in dem Halbleiterleistungschip enthalten sind. Die Elektroden können eine oder mehrere Metallschichten enthalten, die auf das Halbleitermaterial der Halbleiterleistungschips aufgebracht werden. Die Metallschichten können mit einer beliebigen gewünschten geometrischen Gestalt und jeder beliebigen gewünschten Materialzusammensetzung hergestellt werden. Die Metallschichten können zum Beispiel in Form einer Schicht oder eines Kontaktflecks ausgebildet sein, die bzw. der einen Bereich bedeckt. Zum Beispiel kann jedes beliebige gewünschte Metall, das in der Lage ist, eine Lötbondung oder Diffusionslötbondung zu bilden, zum Beispiel Cu, Ni, NiSn, Au, Ag, Pt, Pd, In, Sn und eine Legierung aus einem oder mehreren dieser Metalle, als das Material verwendet werden. Die Metallschichten brauchen nicht homogen zu sein oder aus nur einem einzigen Material zu bestehen; das heißt, es sind verschiedene Zusammensetzungen und Konzentrationen der in den Metallschichten enthaltenen Materialien möglich.The semiconductor power chip may have electrodes (chip islands) that enable electrical contact to be made with the integrated circuits contained in the semiconductor power chip. The electrodes can contain one or more metal layers which are applied to the semiconductor material of the semiconductor power chips. The metal layers can be produced with any desired geometric shape and any desired material composition. The metal layers can, for example, be in the form of a layer or a contact pad that covers one area. For example, any desired metal capable of forming a solder bond or diffusion solder bond, for example Cu, Ni, NiSn, Au, Ag, Pt, Pd, In, Sn, and an alloy of one or more of these metals, to be used as the material. The metal layers need not be homogeneous or consist of only a single material; that is, different compositions and concentrations of the materials contained in the metal layers are possible.
Halbleiterleistungschips können zum Beispiel als Leistungs-MISFETs (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistors) Leistungs-MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors), IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) , JFETs (Junction Gate Field Effect Transistors), HEMTs (High Electron Mobility Transistors), Leistungs-Bipolartransistoren oder Leistungsdioden, wie zum Beispiel eine PIN-Diode oder eine Schottky-Diode, konfiguriert sein. Zum Beispiel können sich in vertikalen Bauelementen die Source-Kontaktelektrode und die Gate-Kontaktelektrode eines Leistungs-MISFET oder eines Leistungs-MOSFET oder eines HEMT auf einer Hauptfläche befinden, während die Drain-Kontaktelektrode des Leistungs-MISFET oder Leistungs-MOSFET oder HEMT auf der anderen Hauptfläche angeordnet sein kann. Jedoch können die Halbleiterleistungschips, die im vorliegenden Text in Betracht gezogen werden, zum Beispiel HEMTs, auch horizontale Bauelemente sein, bei denen die Elektroden nur auf der Oberseite angeordnet sind.Semiconductor power chips can be used as power MISFETs (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistors), Power MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors), IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), JFETs (Junction Gate Field Effect Transistors), HEMTs (High Electron Mobility Transistor), power bipolar transistors or power diodes, such as a PIN diode or a Schottky diode. For example, in vertical components, the source contact electrode and the gate contact electrode of a power MISFET or a power MOSFET or a HEMT can be on one main surface, while the drain contact electrode of the power MISFET or power MOSFET or HEMT is on the other main surface can be arranged. However, the semiconductor power chips that are considered in the present text, for example HEMTs, can also be horizontal components, in which the electrodes are only arranged on the top.
Der Halbleiterleistungschip ist über einem elektrisch leitenden Träger montiert. In verschiedenen Ausführungsformen kann der elektrisch leitende Träger eine Metallplatte oder -folie sein, wie zum Beispiel eine Chipkontaktinsel (Chippad) eines Leiterrahmens (Leadframe). Die Metallplatte oder -folie kann aus jedem beliebigen Metall oder einer beliebigen Metall-Legierung, zum Beispiel Kupfer oder Kupfer-Legierung, bestehen. In anderen Ausführungsformen kann der elektrisch leitende Chipträger aus Kunststoff oder Keramik bestehen. Zum Beispiel kann der elektrisch leitende Chipträger eine Schicht aus Kunststoff umfassen, die mit einer Metallschicht überzogen ist. Zum Beispiel kann ein solcher Chipträger eine Einschicht-Platine oder eine Mehrschicht-Platine sein. In anderen Ausführungsformen kann der Bauelementträger eine Platte aus Keramik umfassen, die mit einer Metallschicht überzogen ist, zum Beispiel ein metallgebondetes Keramiksubstrat. Zum Beispiel kann der elektrisch leitende Träger ein DCB (Direct Copper Bonded)-Keramiksubstrat sein.The semiconductor power chip is mounted over an electrically conductive carrier. In various embodiments, the electrically conductive carrier can be a metal plate or foil, such as, for example, a chip contact island (chip pad) of a leadframe. The metal plate or foil can consist of any metal or any metal alloy, for example copper or copper alloy. In other embodiments, the electrically conductive chip carrier can consist of plastic or ceramic. For example, the electrically conductive chip carrier can comprise a layer of plastic that is coated with a metal layer. For example, such a chip carrier can be a single-layer circuit board or a multi-layer circuit board. In other embodiments, the component carrier can comprise a plate made of ceramic which is coated with a metal layer, for example a metal-bonded ceramic substrate. For example, the electrically conductive carrier can be a DCB (Direct Copper Bonded) ceramic substrate.
Der Halbleiterleistungschip kann mindestens teilweise in mindestens ein elektrisch isolierendes Material eingebettet oder davon umgeben sein. Das elektrisch isolierende Material bildet einen Verkapselungskörper. Der Verkapselungskörper kann ein Vergussmaterial umfassen oder aus einem solchen bestehen. Es können verschiedene Techniken verwendet werden, um den Verkapselungskörper aus dem Vergussmaterial zu bilden, zum Beispiel Druckguss, Spritzguss, Pulverschmelzverfahren oder Harzinfusionsformen. Des Weiteren kann der Verkapselungskörper die Gestalt eines Stücks einer Schicht haben, zum Beispiel ein Stück einer Folie, die auf den Halbleiterleistungschip und den elektrisch leitenden Träger laminiert wird. Der Verkapselungskörper kann einen Teil des Umfangsrandes des Package bilden, d.h. er kann mindestens teilweise die Gestalt des Halbleiterbauelements definieren bzw. deren Umfang begrenzen. The semiconductor power chip can be at least partially embedded in or surrounded by at least one electrically insulating material. The electrically insulating material forms an encapsulation body. The encapsulation body can comprise or consist of a potting material. Various techniques can be used to form the encapsulation body from the potting material, for example die casting, injection molding, powder fusion processes, or resin infusion molding. Furthermore, the encapsulation body can have the shape of a piece of a layer, for example a piece of foil, which is laminated onto the semiconductor power chip and the electrically conductive carrier. The encapsulation body can form part of the peripheral edge of the package, i.e. it can at least partially define the shape of the semiconductor component or limit its circumference.
Das elektrisch isolierende Material kann ein wärmehärtendes Material oder ein thermoplastisches Material umfassen oder daraus bestehen. Ein wärmehärtendes Material kann zum Beispiel auf der Basis eines Epoxidharzes hergestellt werden. Ein thermoplastisches Material kann zum Beispiel ein oder mehrere Materialien aus der Gruppe bestehend aus Polyetherimid (PEI), Polyethersulfon (PES), Polyphenylensulfid (PPS) oder Polyamidimid (PAI) umfassen. Thermoplastische Materialien schmelzen bei Anwendung von Druck und Wärme während des Formens oder Laminierens und härten (umkehrbar) unter Kühlung und nachlassendem Druck aus.The electrically insulating material can comprise or consist of a thermosetting material or a thermoplastic material. A thermosetting material can be made on the basis of an epoxy resin, for example. A thermoplastic material can, for example, comprise one or more materials from the group consisting of polyetherimide (PEI), polyethersulfone (PES), polyphenylene sulfide (PPS) or polyamideimide (PAI). Thermoplastic materials melt when pressure and heat are applied during molding or lamination and harden (reversibly) with cooling and releasing pressure.
Das elektrisch isolierende Material, das den Verkapselungskörper bildet, kann ein Polymermaterial umfassen oder daraus bestehen. Das elektrisch isolierende Material kann mindestens eines von Folgendem umfassen: ein gefülltes oder ungefülltes Vergussmaterial, ein gefülltes oder ungefülltes thermoplastisches Material, ein gefülltes oder ungefülltes wärmehärtendes Material, ein gefülltes oder ungefülltes Laminat, ein faserverstärktes Laminat, ein faserverstärktes Polymerlaminat und ein faserverstärktes Polymerlaminat mit Füllpartikeln.The electrically insulating material that forms the encapsulation body can comprise or consist of a polymer material. The electrically insulating material can comprise at least one of the following: a filled or unfilled potting material, a filled or unfilled thermoplastic material, a filled or unfilled thermosetting material, a filled or unfilled laminate, a fiber reinforced laminate, a fiber reinforced polymer laminate and a fiber reinforced polymer laminate with filler particles .
In einigen Ausführungsformen kann das elektrisch isolierende Material ein Laminat sein, zum Beispiel eine Polymerfolie. Wärme und Druck können über eine Zeitdauer angelegt werden, die geeignet ist, die Polymerfolie an der darunterliegenden Struktur zu befestigen. Während des Laminierens ist die elektrisch isolierende Folie fließfähig (d.h. sie befindet sich in einem plastischen Zustand), was zur Folge hat, dass Spalten zwischen den Halbleiterleistungschips und/oder anderen topologischen Strukturen auf den Chipträgern mit dem Polymermaterial der elektrisch isolierenden Folie ausgefüllt wurden. Die elektrisch isolierende Folie kann jedes zweckmäßige thermoplastische oder wärmehärtende Material umfassen oder daraus bestehen. In einer Ausführungsform kann die isolierende Folie ein Prepreg (kurz für „prä-imprägnierte Fasern“) umfassen oder daraus bestehen, das zum Beispiel aus einer Kombination aus einer Fasermatte, zum Beispiel Glas- oder Kohlefasern, und einem Harz, zum Beispiel einem wärmehärtenden oder thermoplastischen Material, besteht. Prepreg-Materialien sind dem Fachmann bekannt und werden in der Regel zur Herstellung gedruckter Leiterplatten verwendet.In some embodiments, the electrically insulating material can be a laminate, for example a polymer film. Heat and pressure can be applied for a period of time appropriate to adhere the polymer sheet to the underlying structure. During lamination, the electrically insulating film is flowable (i.e. it is in a plastic state), with the result that gaps between the semiconductor power chips and / or other topological structures on the chip carriers are filled with the polymer material of the electrically insulating film. The electrically insulating film can comprise or consist of any suitable thermoplastic or thermosetting material. In one embodiment, the insulating film can comprise or consist of a prepreg (short for “pre-impregnated fibers”), for example a combination of a fiber mat, for example glass or carbon fibers, and a resin, for example a thermosetting or thermoplastic material. Prepreg materials are known to the person skilled in the art and are generally used for the production of printed circuit boards.
Ein Metallblock kann zwischen dem elektrisch leitenden Träger und dem Halbleiterleistungschip angeordnet sein. Der Metallblock kann mechanisch, thermisch und zum Beispiel elektrisch mit dem Halbleiterleistungschip verbunden sein. Der Metallblock kann aus einem beliebigen Metall oder einer beliebigen Metall-Legierung bestehen, insbesondere aus Metallen mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit und/oder einer hohen thermischen Kapazität. Zum Beispiel kann der Metallblock Kupfer oder eine Kupfer-Legierung umfassen oder daraus bestehen. Der Metallblock kann aus Vollmetallmaterial bestehen. Der Metallblock kann sowohl eine effektive statische Wärmedissipation als auch eine effektive dynamische Wärmedissipation von Wärmeleistungsverlusten des Halbleiterleistungschips mit einer hohen Wärmeleistungsverlustflächendichte ermöglichen.A metal block can be arranged between the electrically conductive carrier and the semiconductor power chip. The metal block can be mechanically, thermally and, for example, electrically connected to the semiconductor power chip. The metal block can consist of any metal or any metal alloy, in particular of metals with a high thermal conductivity and / or a high thermal capacity. For example, the metal block can comprise or consist of copper or a copper alloy. The metal block can consist of full metal material. The metal block can enable both an effective static heat dissipation and an effective dynamic heat dissipation of heat power losses of the semiconductor power chip with a high heat power loss area density.
Ein Verbindungselement, wie zum Beispiel eine Kontaktklammer (Kontaktclip) , kann elektrisch und mechanisch mit einer Lastelektrode des Halbleiterleistungschips verbunden sein, die auf einer Fläche des Halbleiterleistungschips angeordnet ist, die der Fläche gegenüberliegt, wo der Halbleiterleistungschip mit dem Metallblock verbunden ist. Das Verbindungselement kann auch von einer anderen Art als eine Kontaktklammer (ein Kontaktclip) sein. Es kann zum Beispiel auch durch ein oder mehrere Bänder oder einen oder mehrere Bonddrähte implementiert werden.A connecting element, such as a contact clip (contact clip), can be electrically and mechanically connected to a load electrode of the semiconductor power chip, which is on a surface surface of the semiconductor power chip is arranged, which is opposite to the surface where the semiconductor power chip is connected to the metal block. The connecting element can also be of a type other than a contact clip (a contact clip). It can also be implemented by one or more ribbons or one or more bond wires, for example.
Eine Vielzahl verschiedener Arten elektronischer Bauelemente kann dafür konfiguriert sein, einen Metallblock, wie im vorliegenden Text beschrieben, zu verwenden, oder kann durch die im vorliegenden Text beschriebenen Techniken hergestellt werden. Zum Beispiel kann ein elektronisches Bauelement gemäß der Offenbarung zum Beispiel eine Stromversorgung, einen Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandler (DC-DC-Wandler), einen Wechselspannungs-Gleichspannungs-Wandler (AC-DC-Wandler), einen Leistungsverstärker und viele andere Leistungsbauelemente darstellen.A variety of different types of electronic components can be configured to use a metal block as described herein, or can be fabricated by the techniques described herein. For example, an electronic component according to the disclosure may represent, for example, a power supply, a DC-to-DC converter (DC-DC converter), an AC-to-DC converter (AC-DC converter), a power amplifier, and many other power components.
In verschiedenen Ausführungsformen kann ein im vorliegenden Text offenbartes elektronisches Bauelement zum Beispiel Leistungskaskodenschaltungen beispielsweise auf der Grundlage eines HEMT umfassen. Solche Kaskodenschaltungen bezeichnet der Fachmann als eine HEMT-Kaskode. HEMTs, insbesondere HEMT-Kaskoden, können zum Beispiel auf GaN, AlGaN, InGaAs und InAlAs basieren. Sie können zum Beispiel als Schaltbauelemente, Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler (AC-DC-Wandler), Leistungsverstärker, HF-Schaltkreise usw. verwendet werden.In various embodiments, an electronic component disclosed herein may include power cascode circuits, for example based on a HEMT, for example. Such cascode circuits are referred to by those skilled in the art as a HEMT cascode. HEMTs, in particular HEMT cascodes, can be based on GaN, AlGaN, InGaAs and InAlAs, for example. For example, they can be used as switching components, AC-DC converters (AC-DC converters), power amplifiers, RF circuits, etc.
Leistungshalbleiterbauelemente, die mit einem Metallblock, wie im vorliegenden Text beschrieben, ausgestattet sind, können einen Leistungs-SiC-MOSFET oder eine Leistungs-SiC-Diode als einen Halbleiterleistungschip enthalten. Ähnlich wie HEMTs haben SiC-MOSFETs und SiC-Dioden eine geringe Größe bei gleichzeitig hohen Wärmeleistungsverlusten. Des Weiteren können Halbbrücken-Schaltkreise, die einen Highside-Transistor und einen Lowside-Transistor enthalten, einen Metallblock, wie im vorliegenden Text beschrieben, verwenden. Halbbrücken-Schaltkreise können zum Beispiel als Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler (AC-DC-Wandler) oder Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler (DC-DC-Wandler) verwendet werden.Power semiconductor components which are equipped with a metal block, as described in the present text, can contain a power SiC MOSFET or a power SiC diode as a semiconductor power chip. Similar to HEMTs, SiC MOSFETs and SiC diodes are small in size with high thermal power losses at the same time. Furthermore, half-bridge circuits that contain a high-side transistor and a low-side transistor can use a metal block, as described in the present text. Half-bridge circuits can be used, for example, as alternating current to direct current converters (AC-DC converters) or direct current to direct current converters (DC-DC converters).
Allgemein können Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler dafür verwendet werden, eine Gleichstrom-Eingangsspannung, die durch eine Batterie oder einen Akkumulator bereitgestellt wird, in eine Gleichstrom-Ausgangsspannung umzuwandeln, die an die Anforderungen der nachgeschalteten elektronischen Schaltkreise angepasst ist. Zum Beispiel kann ein im vorliegenden Text beschriebener Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler ein Buck-Converter oder Abwärtswandler sein. Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler können dafür verwendet werden, eine Wechselstrom-Eingangsspannung, die zum Beispiel durch ein Hochspannungs-Wechselstrom-Leistungsnetz bereitgestellt wird, in eine Gleichstrom-Ausgangsspannung umzuwandeln, die an die Anforderungen der nachgeschalteten elektronischen Schaltkreise angepasst ist.In general, DC-DC converters can be used to convert a DC input voltage, which is provided by a battery or an accumulator, into a DC output voltage that is adapted to the requirements of the downstream electronic circuits. For example, a DC-DC converter described herein can be a buck converter or buck converter. AC-DC converters can be used to convert an AC input voltage, for example provided by a high-voltage AC power network, into a DC output voltage that is adapted to the requirements of the downstream electronic circuits.
Im Allgemeinen kann jedes Leistungsbauelement, das einen Halbleiterleistungschip mit einem hohen Wärmeleistungsverlust und einer vergleichsweise kleinen Grundfläche zum Dissipieren der Wärmeleistung umfasst, von der Offenbarung im vorliegenden Text profitieren. Zum Beispiel können Halbleiterleistungschips, die während des Betriebes einen Wärmeleistungsverlust von mindestens beispielsweise 1 W, 3 W, 5 W, 7 W oder 10 W und zum Beispiel eine Grundfläche zur Wärmeleistungsdissipation von gleich oder kleiner als 15 mm2, 10 mm2, 7 mm2, 5 mm2 oder 3 mm2 aufweisen, einen Metallblock, wie im vorliegenden Text beschrieben, zum Verbessern ihres thermischen Verhaltens und zur Leistungsdissipation während des Betriebes verwenden. In general, any power device that includes a semiconductor power chip with a high thermal power loss and a comparatively small footprint for dissipating the thermal power can benefit from the disclosure herein. For example, semiconductor power chips that have a thermal power loss during operation of at least 1 W, 3 W, 5 W, 7 W or 10 W and, for example, a base area for thermal power dissipation of equal to or less than 15 mm 2 , 10 mm 2 , 7 mm 2 , 5 mm 2 or 3 mm 2 , use a metal block, as described in the present text, to improve their thermal behavior and for power dissipation during operation.
Der elektrisch leitende Träger 110 kann aus einer flachen Metallplatte bestehen, zum Beispiel einer Chipkontaktinsel (Chippad) eines Leiterrahmens (Leadframes). Zum Beispiel kann der elektrisch leitende Träger 110 aus einem Vollmetallmaterial bestehen. Eine Dicke des elektrisch leitenden Trägers 110 ist mit Tl bezeichnet. Die Dicke T1 kann zum Beispiel gleich oder größer als 0, 1 mm, 0, 3 mm oder 0, 5 mm sein, oder die Dicke T1 kann gleich oder kleiner als 0,7 mm, 0,5 mm, 0,4 mm, 0,2 mm oder 0,1 mm sein.The electrically
Der Halbleiterleistungschip 130 kann zum Beispiel ein GaN-HEMT, ein Si- oder SiC-Leistungs-MOSFET oder eine Si- oder SiC-Leistungsdiode sein. Der Halbleiterleistungschip 130 kann hohe thermische Verluste während des Betriebes haben, zum Beispiel einen Wärmeleistungsverlust (Wärmedissipation) im Bereich zwischen 1 W und 10 W oder noch mehr. Die Wärmeleistung, die in dem Halbleiterleistungschip 130 während des Betriebes erzeugt wird, muss abgeleitet werden, um ein Überhitzen, eine Materialverschlechterung oder einen Ausfall des Halbleiterleistungschips 130 zu vermeiden. Der Halbleiterleistungschip 130 kann dafür konfiguriert sein, bei Spannungen über 50 V, 100 V, 300 V, 500 V oder 1000 V zu arbeiten. Der Halbleiterleistungschip 130 kann eine Dicke Tc, gemessen zwischen der ersten Fläche 131 und einer gegenüberliegenden zweiten Fläche 132 des Halbleiterleistungschips 130, von gleich oder kleiner als 300 µm, 200 µm, 100 µm, 80 µm oder 50 µm haben.The
Der Metallblock 120 hat eine erste Fläche 121, die dem elektrisch leitenden Träger 110 zugewandt ist, und eine zweite Fläche 122, die von dem elektrisch leitenden Träger 110 fort weist. Der Halbleiterleistungschip 130 ist über der zweiten Fläche 122 des Metallblocks 120 angeordnet.The
Der Metallblock 120 hat eine Dicke, die mit Tm bezeichnet ist. Die Dicke Tm des Metallblocks 120 wird zwischen der ersten Fläche 121 und der zweiten Fläche 122 des Metallblocks 120 gemessen. Die Dicke Tm kann gleich oder größer als das 1,5-, 2,0-, 3,0-, 4,0- oder 5,0-fache der Dicke T1 des elektrisch leitenden Trägers 110 sein. Zum Beispiel kann die Dicke Tm gleich oder größer als 0,5 mm, 0,75 mm, 1,0 mm, 1,25 mm oder 1,5 mm sein.The
Die erste Fläche 121 des Metallblocks 120 kann eine Oberfläche gleich oder größer als 8,0 mm2, 14,0 mm2, 20,0 mm2 oder 26,0 mm2 haben. Die erste Fläche 121 des Metallblocks 120 kann vollständig mit einer Oberseite 112 des elektrisch leitenden Trägers 110 verbunden sein.The
Der Halbleiterleistungschip 130 hat eine erste Fläche 131, die mit der zweiten Fläche 122 des Metallblocks 120 verbunden ist. Die erste Fläche 131 des Halbleiterleistungschips 130 kann zum Beispiel durch den Umriss einer Elektrode oder einer Metallbeschichtung (in
Wie weiter unten noch ausführlicher erläutert wird, richtet sich die Effizienz des Wärmeabflusses durch den Metallblock 120 nach den Bemessungsparametern des Metallblocks 120. Insbesondere sollte der Metallblock 120 eine Aufweitung (Dilatation) des Wärmestroms in einer Richtung von dem Halbleiterleistungschip 130 fort ermöglichen. Das heißt, der Bereich des Wärmeübergangs von dem Metallblock 120 zu dem elektrisch leitenden Träger 110 sollte größer sein als der Bereich des Wärmeübergangs von dem Halbleiterleistungschip 130 zu dem Metallblock 120.As will be explained in more detail below, the efficiency of the heat dissipation through the
Zum Beispiel kann der Flächeninhalt der ersten Fläche 121 des Metallblocks 120 gleich oder größer als
Die Erweiterung des Bereichs des Wärmeübergangs von dem Halbleiterleistungschip 130 zu dem Metallblock 120 und von dem Metallblock 120 zu dem elektrisch leitenden Träger 110 ist durch das Strichlinie in
Des Weiteren kann zum Beispiel der Flächeninhalt der ersten Fläche 121 des Metallblocks 120 gleich oder größer als
Gleichung (2) kann zum Beispiel einer Implementierung entsprechen, bei der der Unterschied zwischen einer seitlichen Abmessung Wb der ersten Fläche 121 des Metallblocks 120 und einer seitlichen Abmessung Wc der ersten Fläche 131 des Halbleiterleistungschips 130 mindestens das Doppelte der Dicke Tm des Metallblocks 120 beträgt. Bei diesem und anderen Beispielen kann der Metallblock 120 einen geometrischen Spreizwinkel α von 45 Grad oder mehr zwischen der Strichlinie, die die Ränder der ersten Flächen 121 und 131 verbindet, und einer vertikalen Richtung, die der Hauptrichtung des Wärmestromes entspricht, ermöglichen. Zum Beispiel können die seitlichen Abmessungen Wb des Metallblocks 120 in einem Bereich zwischen 2 × 2 mm und 8 × 8 mm liegen, insbesondere in einem Bereich zwischen 3,5 × 3,5 mm und 6,5 × 6,5 mm.Equation (2) may correspond, for example, to an implementation in which the difference between a lateral dimension Wb of the
Der Metallblock 120 kann aus einem Metall oder einer Metall-Legierung mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit bestehen. Des Weiteren kann der Metallblock 120 aus einem Metall mit einer hohen thermischen Kapazität bestehen. Zum Beispiel kann der Metallblock 120 Kupfer oder eine Kupfer-Legierung umfassen oder daraus bestehen.The
In
Der elektrisch leitende Träger 110 kann auch eine insgesamt rechteckige oder quadratische Gestalt haben. Zum Beispiel kann der elektrisch leitende Träger 110 Vorsprünge 113 umfassen, die vom Umfangsrand des elektrisch leitenden Trägers 110 hervorstehen. Wie in
Das Verbindungselement 320 kann sich in mindestens einer seitlichen Dimension über den Umriss des Halbleiterleistungschips 130, über den Umriss des Metallblocks 120 und zum Beispiel über den Umriss des elektrisch leitenden Trägers 110 hinaus erstrecken. Das Verbindungselement 320 kann einen gebogenen Abschnitt oder Vorsprung 320a haben, der mit einer Kontaktinsel (d.h. Kontaktpad) 330 verbunden sein kann. Die Kontaktinsel 330 kann mit dem elektrisch leitenden Träger 110 koplanar sein. Des Weiteren kann die Kontaktinsel 330 zum Beispiel aus dem gleichen Material bestehen wie der elektrisch leitende Träger 110. Zum Beispiel kann die Kontaktinsel 330 ein Anschlussdraht des Leiterrahmens sein, wovon der elektrisch leitende Träger 110 eine Chipkontaktinsel (d.h. ein Chipkontaktpad) bildet.The connecting
Das Halbleiterbauelement 300 kann des Weiteren ein elektrisch isolierendes Material umfassen, zum Beispiel ein Vergussmaterial, das einen Verkapselungskörper 310 bildet (der dem Verkapselungskörper 210 von
Eine Unterseite 114 des elektrisch leitenden Trägers 110 und eine Unterseite 334 der Kontaktinsel 330 können am Umfangsrand des Halbleiterbauelements 300 frei liegen. Diese Flächen 114, 334 können äußere Anschlüsse des Halbleiterbauelements 300 bilden. Auf diese Weise können die Unterseite 114 des elektrisch leitenden Trägers 110 und die Unterseite 334 der Kontaktinsel 330 dafür konfiguriert sein, mit einer (nicht gezeigten) Anwendungsplatine verbunden zu werden, an der das Halbleiterbauelement 300 montiert ist.An
Das Halbleiterbauelement 300 kann verschiedene Package-Typen umfassen, wie zum Beispiel QFN (Quad Flat No-Lead)-Packages beispielsweise mit einem Halbätz-Leiterrahmen, oder andere Leiterrahmen-basierte Package-Typen. Das Halbleiterbauelement 300 kann ein Package umfassen, wie es in den offenen Standards von JEDEC (Joint Electron Device Engineering Council) angegeben ist, zum Beispiel ein Super-SO8-Package gemäß JEDEC MO-240, wobei die Merkmale, die den Abmessungen des Package, der Stiftanzahl usw., entsprechen, durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen sind.The
Die Bondungsschichten 340, 350, 360 können zum Beispiel jeweils eine Diffusionslötbondung bilden, die zum Beispiel AuSn, AgSn, CuSn, AgIn, AuIn, AuGe, CuIn, AuSi, Sn oder Au umfasst oder daraus besteht. Des Weiteren können Weichlötbondungen, Hartlötbondungen, gesinterte Metallbondungen und/oder elektrisch leitende Klebebondungen verwendet werden, um eine oder mehrere der ersten, zweiten oder dritten Bondungsschichten 340, 350, 360 zu bilden.The bonding layers 340, 350, 360 can each form a diffusion solder bond, for example, which comprises or consists of, for example, AuSn, AgSn, CuSn, AgIn, AuIn, AuGe, CuIn, AuSi, Sn or Au. Furthermore, soft solder bonds, hard solder bonds, sintered metal bonds and / or electrically conductive adhesive bonds can be used in order to form one or more of the first, second or third bonding layers 340, 350, 360.
Die ersten, zweiten und/oder dritten Bondungsschichten 340, 350, 360 können eine hohe Wärmeleitfähigkeit und/oder eine geringe Dicke haben. Zum Beispiel kann die Dicke der ersten, zweiten und/oder dritten Bondungsschicht 340, 350, 360 beispielsweise gleich oder kleiner als 10 µm, 5 µm oder 2 µm sein. Je kleiner die Dicke, desto besser der Wärmetransport über die entsprechende Bondungsschicht 340, 350, 360.The first, second and / or third bonding layers 340, 350, 360 can have a high thermal conductivity and / or a small thickness. For example, the thickness of the first, second and / or
Die Funktionsweise des Metallblocks 120 hinsichtlich seiner thermischen Wirkungen wird im Folgenden anhand der
„Stationäre Wärmeleistungsdissipation“ meint die durchschnittliche Wärmeleistung, die in dem Halbleiterleistungschip 130 während des Betriebes erzeugt wird. Diese Wärmeleistung wird kontinuierlich in dem Halbleiterleistungschip 130 erzeugt und muss darum kontinuierlich von dem Halbleiterleistungschip 130 abgeführt werden. Die Pfeile in
Gemäß der Offenbarung ist es möglich, die Dicke T1 des elektrisch leitenden Trägers 110 signifikant zu verringern, um die gleiche stationäre Wärmeleistungsdissipation zu erreichen wie bei einer konventionellen Implementierung ohne den Metallblock 120. Dabei Leistungsanwendungen die Kosten für den elektrisch leitenden Träger 110 (zum Beispiel den Leiterrahmen (Leadframe)) einen erheblichen Anteil an den Gesamtkosten der Verkapselung (Package) ausmachen, senkt das Vorhandensein des Metallblocks 120 dank der Möglichkeit des Verringerns der Dicke T1 wesentlich die Gesamtkosten der Verkapselung.According to the disclosure, it is possible to significantly reduce the thickness T1 of the electrically
Außerdem wird die dynamische Wärmeleistungsdissipation in Betracht gezogen. „Dynamische Wärmeleistungsdissipation“ meint Schwankungen bei der Erzeugung der Wärmeleistung in dem Halbleiterleistungschip 130. Die in dem Halbleiterleistungschip 130 generierte Wärmeleistung ist zeitvariant. Zeitvarianz kann zum Beispiel durch den zeitvarianten Betrieb des Halbleiterleistungschips 130 oder einen zeitvarianten Betrieb einer daran angeschlossenen Last oder beides verursacht werden.In addition, the dynamic dissipation of heat output is taken into account. “Dynamic heat power dissipation” means fluctuations in the generation of the heat power in the
Der dynamischen Wärmeleistungsdissipation wird durch die Wärmekapazität des Metallblocks 120 entgegengewirkt, die eng an den Halbleiterleistungschips 130 gekoppelt ist. Die Wärmekapazität des Metallblocks 120 ermöglicht eine kurzzeitige Wärmespeicherkapazität. Die Speicherung von Wärme aus einer dynamischen Dissipation in dem Metallblock 120 erlaubt eine temporäre Kühlung des Halbleiterleistungschips 110. Oder anders ausgedrückt: Der Metallblock 120 erweitert die Wärmekapazität des Halbleiterleistungschips 130 um eine effektive Wärmekapazität, was verhindert, dass Leistungsverlustspitzen den Halbleiterleistungschip 130 überhitzen.The dynamic heat power dissipation is counteracted by the heat capacity of the
In
Das Verbindungselement 320 kann mit einem Vorsprung 323 versehen sein, der eine Region mit größerer Dicke bildet, gemessen zwischen der ersten Fläche 321 des Verbindungselements 320 und einer zweiten Fläche, nämlich der Oberseite 322 des Verbindungselements 320. Der Vorsprung 323 stellt auch eine Wärmekapazität bereit, die als eine kurzzeitige Wärmespeicherkapazität während des zeitvarianten Betriebes des Halbleiterleistungschips 130 dient.The connecting
Somit kann festgestellt werden, dass der Metallblock 120 sowohl eine verbesserte stationäre Kühlung kraft seitlicher Wärmestrom-Aufweitung als auch eine verbesserte kurzzeitige Kühlung durch Koppeln einer zusätzlichen Wärmekapazität zum Puffern von Temperaturspitzen, die durch eine schwankende Wärmeleistungsdissipation verursacht werden, herbeiführt.It can thus be determined that the
Des Weiteren kann das Halbleiterbauelement 300 eine weitere Kontaktinsel (Kontaktpad) 530 umfassen. Die Kontaktinsel 530 kann elektrisch mit einer Elektrode, zum Beispiel der Gate-Elektrode, des Halbleiterleistungschips 130 verbunden sein. Zum Beispiel kann ein (nicht gezeigter) Bonddraht für die elektrische Verbindung verwendet werden.Furthermore, the
Die Transistoren T1, T2 können vertikale oder horizontale Bauelemente sein. Die Stromversorgung 600 kann zum Beispiel ein Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler sein. Die Gleichspannung, die an einem Ausgang 601 bereitgestellt wird, kann zum Beispiel mindestens 100 V, 200 V, 400 V, 600 V usw. betragen. Der Anschluss 602 kann mit einer negativen Versorgungsspannung oder Erde verbunden sein. Eine Eingangsspannung von beispielsweise 0 bis 5 V am Anschluss 603 kann zum Ansteuern der Gate-Elektrode von Transistor T1 verwendet werden. Die Gate-Elektrode von Transistor T2 kann zum Beispiel mit einer negativen Versorgungsspannung oder Erde verbunden sein. Induktanzen 604 können zwischen Erde und dem Source-Anschluss von Transistor T1, Erde und dem Gate-Anschluss von Transistor T2, der Drain-Elektrode von Transistor T1 und der Source-Elektrode von Transistor T2 und der Drain-Elektrode von Transistor T2 und dem Ausgang 601 verbunden sein.The transistors T1, T2 can be vertical or horizontal components. The
Der GaN-HEMT T2 ist ein Ausschaltbauelement (englisch: „normally-on device“). Jedoch verwandelt das Verbinden des Niederspannungs-FET T1 mit der Source-Elektrode des GaN-HEMT T2 über die Kaskodenschaltungen den HEMT T2 in einen Einschalttransistor (englisch: „normally-off device“).The GaN-HEMT T2 is a switch-off component ("normally-on device"). However, connecting the low voltage FET transforms T1 with the source electrode of the GaN-HEMT T2 via the cascode circuits the HEMT T2 into a switch-on transistor (English: "normally-off device").
Die Stromversorgung 600 kann als ein Doppelchip-Bauelement realisiert werden. Das heißt, der Niederspannungs-FET T1 kann in einem einzelnen Halbleiterleistungschip implementiert werden, und der Hochspannungs-HEMT T2 kann ebenfalls in einem einzelnen Halbleiterleistungschip 130 implementiert werden, der zum Beispiel gemäß der Offenbarung im vorliegenden Text verkapselt werden kann.The
Die
Gemäß
Genauer gesagt, kann das Bondungsmaterial 710 zum Beispiel aus einem Lötmaterial für Diffusionslötbondung, wie oben angesprochen, durch eine Paste, die Metallpartikel enthält, die in einem Polymermaterial oder Harz verteilt sind, wie zum Beispiel α-Terpineol, oder anderen Materialien hergestellt werden. Metallpartikel, die in einer Paste enthalten sind, können zum Beispiel aus Silber, Gold, Kupfer, Zinn oder Nickel bestehen. Die Erstreckungen (durchschnittlicher Durchmesser) der Metallpartikel können zum Beispiel kleiner als 100 nm und insbesondere kleiner als 50 nm sein. Diese Pasten werden vom Fachmann auch als Nanopasten bezeichnet.More specifically, the
Wie in
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Wie in
Die sequenziellen Prozessstufen, wie in den
Obgleich im vorliegenden Text konkrete Ausführungsformen veranschaulicht und beschrieben wurden, ist dem Fachmann klar, dass eine Vielzahl verschiedener alternativer und/oder äquivalenter Implementierungen an die Stelle der konkret gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen treten können, ohne vom Konzept der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Unter diese Anmeldung sollen ebenso alle Adaptierungen oder Variationen der im vorliegenden Text konkret besprochenen Ausführungsformen fallen.Although specific embodiments have been illustrated and described in the present text, it is clear to the person skilled in the art that a large number of different alternative and / or equivalent implementations can take the place of the specific embodiments shown and described without departing from the concept of the present invention. This application is also intended to include all adaptations or variations of the embodiments specifically discussed in the present text.
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